第二章-地球的化學(xué)組成省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件市賽課百校聯(lián)賽優(yōu)質(zhì)課一等獎(jiǎng)?wù)n件

第二章地球化學(xué)組成本章內(nèi)容基本概念大陸地殼化學(xué)組成大洋地殼化學(xué)組成地?；瘜W(xué)組成地球化學(xué)組成小結(jié)及思索題1/150第0節(jié)、基本概念地球化學(xué)體系分布和豐度分布與分配絕對(duì)含量和相對(duì)含量研究元素豐度意義2/1501.地球化學(xué)體系

按照地球化學(xué)觀點(diǎn)，我們把所要研究對(duì)象看作是一個(gè)地球化學(xué)體系，每個(gè)地球化學(xué)體系都有一定空間，都處于特定物理化學(xué)狀態(tài)（C、T、P等），而且有一定時(shí)間連續(xù)。

這個(gè)體系可大可小。某個(gè)礦物包裹體，某礦物、某巖石可看作一個(gè)地球化學(xué)體系，某個(gè)地層、巖體、礦床（某個(gè)流域、某個(gè)城市）也是一個(gè)地球化學(xué)體系，從更大范圍來講，某一個(gè)區(qū)域、地殼、地球直至太陽系、整個(gè)宇宙都可看作為一個(gè)地球化學(xué)體系。地球化學(xué)基本問題之一就是研究元素在地球化學(xué)體系中分布（豐度）、分配問題，也就是地球化學(xué)體系中“量”研究。3/1502、分布與豐度

“豐度”即元素在一個(gè)體系中相對(duì)含量，又稱為元素在體系中“分布”。豐度值只反應(yīng)元素在體系中分布趨近傾向（平均值）。實(shí)際上，元素在體系空間上分布是不均一，在較大體系中這一特征往往更顯著。所以，分布還應(yīng)反應(yīng)元素在體系中離散程度。

3、分布與分配關(guān)系：分布→整體，分配→局部.

分布:是指元素在研究體系中（太陽、隕石、地球、地殼、地域等）總體平均含量。分配:指是元素在研究體系中各部分或各區(qū)段中含量。4/150需要指出是，從當(dāng)前情況來看，地球化學(xué)對(duì)元素特征所積累資料（包含太陽系地球地殼）都僅限于豐度資料，關(guān)于元素分布離散程度及元素分布統(tǒng)計(jì)特征研究，僅限于少許范圍不大地球化學(xué)體系內(nèi)做一些工作。5/1504.絕對(duì)含量和相對(duì)含量絕對(duì)含量單位相對(duì)含量單位T噸％百分之×10-2kg千克‰千分之×10-3g克

mg毫克ppm、mg/kg、μg/g、g/T百萬分之×10-6μg微克ppb、μg/kg十億分之×10-9ng納克ppt、ng/kg萬億分之×10-12pg皮克

pg/kg

×10-156/1505.研究元素豐度意義

①元素豐度是每一個(gè)地球化學(xué)體系基本數(shù)據(jù)?？稍谕换虿灰粯芋w系中進(jìn)行用元素含量值來進(jìn)行比較，經(jīng)過縱向（時(shí)間）、橫向（空間）上比較，了解元素動(dòng)態(tài)情況，從而建立起元素集中、分散、遷移活動(dòng)等一些地球化學(xué)概念。人類史在探索和了解豐度這一課題過程中，逐步建立起近代地球化學(xué)。

7/150時(shí)間尺度：Ir元素豐度在K/E界限上突變，意味著什么？空間尺度：在世界各地K/E界面上Ir元素豐度亦有相同變異，這示蹤著什么？

18O,13C

突變Ir(×10-9)西班牙BarrancodelGrederoK/E剖面Ir豐度改變穩(wěn)定同位素分餾8/150②研究元素豐度是研究地球化學(xué)基礎(chǔ)理論問題主要素材之一。宇宙天體是怎樣起源？地球又是怎樣形成？地殼中主要元素為何與地幔中不一樣？生命是怎么產(chǎn)生和演化？…………這些研究都離不開地球化學(xué)體系中元素豐度、分布特征和規(guī)律。9/150第二章地球化學(xué)組成厚度(km)體積(1027cm3)密度(g/cm3)質(zhì)量(1024kg)質(zhì)量百分比(%)大氣圈0.0000050.00009水圈3.80.001371.030.001410.024地殼170.0082.80.0240.4地幔28830.8994.54.01667.2地核34710.17511.01.93632.4整體地球63711.0835.525.976100地球各個(gè)圈層厚度、體積、密度和質(zhì)量分布（White，1997）10/150第一節(jié)、大陸地殼化學(xué)組成大陸上地殼化學(xué)組成大陸深部地殼化學(xué)組成大陸整體地殼化學(xué)組成大陸地殼元素豐度特征及研究意義11/150大陸地殼-TheContinentalCrust大陸地殼化學(xué)組成是認(rèn)識(shí)地球分異演化及其動(dòng)力學(xué)過程基本資料，是人類認(rèn)識(shí)地球起點(diǎn)，所以大陸地殼化學(xué)組成研究一直是地球化學(xué)學(xué)科中心問題之一。12/150大陸地殼元素豐度研究歷史F.M.Clarke,1889F.M.ClarkeandH.S.Washington,1924V.M.Goldschmidt,1933,whoisregardedasthefatherofmoderngeochemistry.S.R.Taylor,1964D.M.Shaw,1967S.R.TaylorandS.M.McLennan,1985K.H.Wedepohl,1992

13/150地殼為地表向下到莫霍面，厚度改變在5-80km。大陸地殼（Thecontinentalcrust）上部硅鋁層，由沉積巖層和花崗巖、片麻巖等組成，富Si、K、Rb、Th、U等元素下部硅鎂層，相當(dāng)于玄武巖、輝長巖或麻粒巖相巖石。14/150FigureT-Pdiagramshowingthegenerallyacceptedlimitsofthevariousfacies.Boundariesareapproximateandgradational.The“typical”oraveragecontinentalgeothermisfromBrownandMussett(1993),Winter().UppercrustMiddleCrustLowerCrust15/150大陸地殼結(jié)構(gòu)和組成極度不均一性16/150研究方法化學(xué)組成存在問題一、大陸上地殼化學(xué)組成17/150TwoMajorMethods1、區(qū)域大規(guī)模取樣法（Large-scaleregionalsampling）

2、簡化取巧研究法（細(xì)粒碎屑沉積物法，Usingfine-grainedclasticsediments）

（一）大陸上地殼組成研究方法18/150

1、區(qū)域大規(guī)模取樣法19/150早期克拉克計(jì)算法美國人F.W.Clarke和H.S.Washington于1924年發(fā)表地球化學(xué)資料中計(jì)算出來，后人將元素在地殼中豐度稱克拉克值。思緒：地殼上部16公里范圍內(nèi)（最高山脈和最深海洋深度靠近16公里）分布著巖漿巖和變質(zhì)巖占95%，沉積巖占5％（4%頁巖，0.75%砂巖，0.25%灰?guī)r），而這5%沉積巖也是巖漿巖派生，所以認(rèn)為巖漿巖平均化學(xué)成份實(shí)際上能夠代表地殼平均化學(xué)成份

20/150詳細(xì)方法在世界各大洲和大洋島嶼采集了5159個(gè)不一樣巖漿巖樣品和676件沉積巖樣品對(duì)53種元素進(jìn)行了定量化學(xué)分析樣品數(shù)量相當(dāng)于這些樣品在地球表面分布面積百分比，以巖石圈-水圈-大氣圈質(zhì)量比為93%-7%-0.03%計(jì)算時(shí)用算術(shù)平均求出整個(gè)地殼平均值。

此工作重大意義：開創(chuàng)性，為地球化學(xué)發(fā)展打下了良好基礎(chǔ)；代表陸地域域巖石圈成份，其數(shù)據(jù)至今仍有參考價(jià)值。21/150加拿大地盾大規(guī)模取樣Shaw、Eade和Fahring等人分析了大量樣品，用了近時(shí)間（自上世紀(jì)60年代起）研究了加拿大地盾上地殼51種元素豐度。22/150中國東部大規(guī)模取樣

高山和張本仁等、焉明才和遲清華先后用了十余年時(shí)間，采集了中國東部不一樣結(jié)構(gòu)單元上萬件巖石樣品，由這些樣品制成千余件組合樣品，用13種方法分析了這些組合樣品中63~78種元素含量，然后按各類巖石在區(qū)域不一樣結(jié)構(gòu)層可能占百分比，計(jì)算了中國東部不一樣結(jié)構(gòu)單元上、中、下地殼及整體地殼元素豐度。23/15024/15025/150研究大陸上地殼成份最直接伎倆獲取主量元素唯一伎倆成本昂貴、耗時(shí)長大規(guī)模取樣法優(yōu)缺點(diǎn)26/150

2、簡化取巧研究法（對(duì)細(xì)粒碎屑沉積巖進(jìn)行研究）維諾格拉多夫（1962）巖石百分比法是以兩份酸性巖加一份基性巖計(jì)算地殼平均化學(xué)成份。泰勒（1964）則采取一份花崗巖加一份基性巖計(jì)算了全部地殼成份。

不足：未考慮巖石組成隨深度和結(jié)構(gòu)單元改變，這些方法局限于20世紀(jì)70年代研究中。27/150Shale(頁巖)Mudstone(泥巖)Siltstone(粉砂巖)Graywacke(雜砂巖)Tillite(冰磧巖)Loess(黃土)……對(duì)細(xì)粒碎屑沉積巖進(jìn)行研究28/15029/150Goldschmidt采集了挪威南部冰川成因粘土（77個(gè)樣），用其成份代表地殼平均化學(xué)成份，結(jié)果與克拉克相同，但對(duì)微量元素豐度做了大量補(bǔ)充和修訂，Na2O和CaO含量偏低（與表生條件下Na和Ca輕易淋濾沉淀相關(guān)）。泰勒和麥克倫南（Taylor&McLennan,1985）提出細(xì)粒碎屑沉積巖，尤其是泥質(zhì)巖，可作為源巖出露區(qū)上地殼巖石天然混合樣品，用太古宙后頁巖平均值扣除20%計(jì)算上部陸殼元素豐度。

澳大利亞后太古宙平均頁巖（PAAS）北美平均頁巖（NASC）30/150細(xì)粒碎屑沉積巖法優(yōu)缺點(diǎn)簡單且廉價(jià)；能夠提供不一樣地質(zhì)歷史時(shí)期上地殼化學(xué)組成；不能給出大陸上地殼主量元素豐度，對(duì)微量元素也僅限于對(duì)REE、Y、Th、Sc、Co等較低不溶元素或中等程度不溶元素測定。31/150

MostelementsareMobileduringGeologicalProcesses風(fēng)化過程Ca、Na、Sr丟失K、Rb、Cs、Ba保留.Al、Ga、HSFE(Ti、Zr、Hf、Ta、Th)和REE、Y、Sc是不活動(dòng)32/150侵蝕與搬運(yùn)過程Thesand-sizeeffect.Quartzandheavyminerals(鋯石,金紅石,磁鐵礦,鉻鐵礦)areenrichedinsandstone.33/150成巖作用很多元素對(duì)氧化還原條件很敏感Fe、Mn在缺氧條件下會(huì)傾向形成易溶組分Fe、Cu、Mo、Pb、Zn、V、Ni、S、C經(jīng)常在一些缺氧沉積物中，因?yàn)樗鼈儍A向形成硫化物U也喜好在一些缺氧沉積物中34/150變質(zhì)作用Li和Pb可能會(huì)增加大多數(shù)元素和尤其是REE、Y、Th、HFSE、Cr、Sc是不活動(dòng)35/150Quantitativelytransferredintofine-grainedclasticsedimentsInsolubleelementsTiGroupTi,Zr,Hf,Nb,Ta,Sn,CrAlGroupAl,GaREEGroupREE,Y,Th,Sc,Co,FeGroupFe,MnCuGroupCu,Pb,ZnHeavymineralsLittledispersioninigneousrocksRedoxsensitiveSulphides36/150大陸上地殼和細(xì)粒碎屑沉積巖含有完全相同REE配分模式。37/150大陸上地殼一些元素固定比值特征38/15039/150中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）高山資料40/150（二）大陸上地殼化學(xué)組成主量元素：大規(guī)模取樣法微量元素：大規(guī)模取樣法細(xì)粒碎屑沉積巖采樣采取元素比值（REE）對(duì)其它元素進(jìn)行估算41/150

Taylor&McLennanShawetal.WedepohlCondieGaoetal.Rudnick&Gao

19851967199519931998SiO26664.9364.9366.2165.4665.84TiO20.50.520.520.550.650.60Al2O315.214.6314.6314.9613.6514.31FeOT4.503.973.974.705.134.92MnO0.070.0680.070.10.10MgO2.22.242.242.422.522.47CaO4.24.124.123.63.313.46Na2O3.93.463.463.512.753.13K2O3.43.13.12.732.582.66H2O0.790.792.112.11P2O50.20.150.150.120.150.14Total100.1797.9897.9898.8098.4199.71大陸上地殼主要元素各種預(yù)計(jì)42/150Uppercrustalcompositionalestimates

(TaylorandMcLennan,1985)43/150（三）大陸上地殼化學(xué)組成研究中存在問題不少微量元素在上地殼中豐度還不清楚研究程度低不一樣研究結(jié)果差異大過渡元素Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu等在加拿大地盾與中國東部上地殼預(yù)計(jì)值差異大。原因：加拿大地盾沒有考慮上地殼組成差異、且出露角閃巖為主（代表中地殼）其它疑難元素Be、B、S、Cl、As、Se、Nb、Mo、Sn、Sb、Cs、Ba、Ta、W、Re、Tl、Hg、Bi、U、PGE：分析難、難溶44/150研究方法大陸中地殼成份大陸下地殼成份二、大陸深部地殼化學(xué)組成45/150（一）研究方法主要路徑：暴露地表深部地殼剖面（exposedcrustalcross–section)火山巖中深部地殼包體（角閃巖和麻粒巖）地球物理法：利用勘探獲取地震波速與巖石化學(xué)組成之間對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行反演46/150Crustalstructurebasedondeepcrusalxenoliths

(Mengeletal.,1992)47/15048/150出露地表大陸地殼剖面普通模式Percivaletal，1992

49/150地震波速150MPa下侵入巖Vp隨成份改變

(FountainandChristensen,1989)縱波(Vp)固液氣中均可傳輸，速度快橫波(Vs)只能在固體中傳輸，速度慢泊松比(

)橫向變形系數(shù)=0.5{1–1/[(Vp/Vs)2–1]}50/150橄欖巖榴輝巖輝長巖鐵鎂質(zhì)麻粒巖51/150(RudnickandFountain,1995)52/150（一）研究方法存在問題：出露地表麻粒巖地體與產(chǎn)于火山巖中麻粒巖包體在形成條件和成份上存在重大差異下地殼不一樣尺度上成份不均一地球物理對(duì)深部探測是間接，其解釋是非唯一53/150麻粒巖包體和麻粒巖地體差異麻粒巖地體麻粒巖包體時(shí)代太古－元古宙后太古宙壓力700-1000MPa1000-1500MPa深度25-35km35-50km巖性中性和長英質(zhì)為主鎂鐵質(zhì)－超鎂鐵質(zhì)為主

SiO255-75%40-55%原因：一、代表地殼不一樣層次：麻粒巖地體代表下地殼中上部，麻粒巖包體代表地殼底部至殼幔過渡帶。二、地殼成份和地殼生長機(jī)制隨時(shí)間演化。54/1501、蛇紋巖2、石英巖3、花崗巖4、花崗閃長巖5、角閃巖相長英質(zhì)片麻巖6、石英云母片巖7、綠片巖相變輝長巖8、輝長巖9、斜長角閃巖1、長英質(zhì)角閃片麻巖2、長英質(zhì)片麻巖3、中性麻粒巖4、斜長巖5、鎂鐵質(zhì)麻粒巖6、斜長角閃巖7、麻粒巖相變泥質(zhì)巖8、輝石巖9、榴輝巖10、純橄欖巖/二輝橄欖巖Holbrooketal.(1992)55/150（二）大陸中地殼成份含有花崗閃長—云英閃長質(zhì)總體成份SiO2和K2O低于上地殼，MgO、FeO和CaO高于上地殼REE分配模式僅顯示弱負(fù)Eu異?；驔]有Eu異常56/150（三）大陸下地殼成份相對(duì)于上地殼，下地殼顯著虧損K和U，不具Eu異常或具Eu正異常AfterRudnickandGao,57/150大陸地殼總體是安山質(zhì)或花崗閃長質(zhì)，SiO2含量范圍為57-63%三、大陸整體地殼化學(xué)組成58/150具顯著虧損Nb、Ta等高場強(qiáng)元素和富集Pb為特征。這一特征類似許多島弧巖石，說明現(xiàn)今大陸地殼可能主體形成于島弧環(huán)境。59/150從上地殼至下地殼隨SiO2含量逐步降低，不相容元素含量亦逐步降低，相容元素含量逐步升高。大陸地殼儲(chǔ)存了全硅酸鹽地球大部分不相容元素（33%-35%Rb,Ba,K,Pb,Th,U）。60/150四、地殼元素豐度特征及研究意義元素豐度特征研究意義區(qū)域元素豐度研究61/150

1.

地殼中元素相對(duì)平均含量是極不均一，豐度最大元素是O：47%，與豐度最小元素Rn6x10-16相差達(dá)1017倍。相差十分懸殊。前九種元素：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti前五種:82.58%前九種:98.13%前十五種元素占99.61%，其余元素僅占0.39%

這表明：地殼中只有少數(shù)元素在數(shù)量上起決定作用，而大部分元素居隸屬地位。（一）地殼元素豐度特征62/150（一）地殼元素豐度特征2.對(duì)比地殼、整個(gè)地球和太陽系元素豐度數(shù)據(jù)發(fā)覺，它們在元素豐度排序上有很大不一樣：

太陽系：

H>He>O>Ne>N>C>Si>Mg>Fe>S

地球：

Fe>O>Mg>Si>Ni>S>Ca>Al>Co>Na

地殼：

O>Si>Al>Fe>Ca>Na>K>Mg>Ti>H

與太陽系或宇宙相比，地殼和地球都顯著地貧H,He,Ne,N等氣體元素；而地殼與整個(gè)地球相比，則顯著貧Fe和Mg，同時(shí)富集Al,K和Na。63/150分析結(jié)論：地殼中元素豐度特征是由元素起源直到太陽系、地球（地殼）形成和存在至今這一段漫長時(shí)期內(nèi)元素演化歷史最終止果。地球形成氣態(tài)元素逃逸核化學(xué)地球演化易熔堿金屬鋁硅酸鹽在地球表層富集，而較重難熔鎂、鐵硅酸鹽和金屬鐵則向深部集中電子化學(xué)元素原子核結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性物質(zhì)分異64/150

3.地殼中元素豐度不是固定不變，它是不停改變開放體系。①地球表層H、He等氣體元素逐步脫離地球重力場；②天天降落到地球表層地外物質(zhì)102~105噸；③地殼與地幔物質(zhì)交換；④放射性元素衰變；⑤人為活動(dòng)干擾。（一）地殼元素豐度特征65/150（一）地殼元素豐度特征4.地殼元素分布不均一性?？臻g上分布不均一性時(shí)間上地殼元素分布不均一性66/150①空間上分布不均一性

垂向深度（陸殼）：上下地殼元素豐度不均勻性：上地殼：0-8~12km

偏酸性火成巖、沉積巖；下地殼：8~12km-莫霍面麻粒巖、玄武巖。

Ri=上地殼元素豐度/下地殼元素豐度：Ri約等于1:Ca,Si,Zr,Nd,Pb等；Ri<1:Mg,Cu,V,Fe,Ni,Cr,Ag,Co,Sr等；

Ri>1:Cl,C,Cs,K,Rb,U,Th,Bi,Tl,Nb等。反應(yīng)了地殼物質(zhì)在分異調(diào)整過程中宏觀趨勢。

67/150

橫向分布：大陸地殼和海洋地殼不均一性

洋殼：占地球表面60%

以上，厚5-16km，它們化學(xué)成份與地幔物質(zhì)相同，以鎂、鐵硅酸鹽為主，主要分布著Cr,Fe,Ni,Pt等親鐵元素。

陸殼：占地球表面30%，厚30-50km，它們化學(xué)成份由鋁、鉀硅酸鹽組成，主要分布著親氧及親硫元素W，Sn，Mo,Cu,Pb,Zn,Ag等。

陸殼內(nèi)：板塊間、區(qū)域間、地質(zhì)體間、巖石間、礦物間元素分布不均一性。68/150②時(shí)間上地殼元素分布不均一性伴隨地質(zhì)歷史發(fā)展，元素活動(dòng)與分布有著顯著規(guī)律性。

地史早期：一些穩(wěn)定元素在地史早期富集。

Au元素：主要產(chǎn)在前寒武紀(jì)；

Fe元素:主要產(chǎn)在前寒武紀(jì)元古代（前寒武紀(jì)變質(zhì)鐵礦占世界鐵礦儲(chǔ)量60%）。

地史晚期：一些活潑不穩(wěn)定元素向著地史晚期富集。

Sn,Nb,Ta和W等元素：鎢成礦作用高峰期在中生代（燕山期）。69/150世界部分大陸（北美、南非、印度）不一樣地史時(shí)期成礦元素改變規(guī)律:

前寒武紀(jì)：

Pt,Fe,Ni,Co,Au,U(占這些元素儲(chǔ)量50%以上);

古生代:

U,Pb,Co,Ni,Pt,其次為W,Sn,Mo,Pb,Zn,Hg等;

中生代:

W,Sn,Ag,Sb等;

新生代:

Hg,Mo,Cu,Pb,Zn等。以上是從地質(zhì)歷史大時(shí)間跨度上來說是這么，就是從某一時(shí)期內(nèi)元素在時(shí)間上分布也是不均勻。70/150

（二）元素地殼豐度研究地球化學(xué)意義

元素地殼豐度(克拉克值)是地球化學(xué)中一個(gè)很主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。它確定了地殼中各種地球化學(xué)作用過程總背景，它是衡量元素集中、分散及其程度標(biāo)尺，本身也是影響元素地球化學(xué)行為主要原因。

71/150

①元素克拉克值在某種程度上影響元素參加化學(xué)過程濃度，從而支配元素地球化學(xué)行為。比如，地殼元素豐度高K、Na，在天然水中高濃度，在一些特殊環(huán)境中，發(fā)生過飽和作用而形成各種獨(dú)立礦物（鹽類礦床）；而地殼元素豐度低Rb、Cs，在天然水中極低濃度，達(dá)不到飽和濃度，為此不能形成各種獨(dú)立礦物而呈分散狀態(tài)。1.控制元素地球化學(xué)行為72/150

試驗(yàn)室條件下，化合成數(shù)十萬種化合物。自然界中卻只有3000各種礦物。②限定自然界礦物種類及種屬73/150問題：

為何酸性巖漿巖造巖礦物總是長石、石英、云母、角閃石為主？因?yàn)榈貧ぶ蠴,Si,Al,Fe,K,Na,Ca等元素豐度最高，濃度大，輕易到達(dá)形成獨(dú)立礦物條件。自然界濃度低元素極難形成獨(dú)立礦物，如硒酸鋰(Li2SeO4)和硒酸銣(Rb2SeO4)；但也有例外，“Be”元素地殼豐度很低(1.7×10-6)，不過它能夠形成獨(dú)立礦物Be3Al2Si6O18(綠柱石)。74/150自然界常見礦物鈉長石石英云母角閃石75/150

③限制了自然體系狀態(tài)試驗(yàn)室條件下能夠?qū)w系賦予不一樣物理化學(xué)狀態(tài)，而自然界體系狀態(tài)受到限制，其中一個(gè)主要原因就是元素豐度影響。比如，酸堿度pH值在自然界改變范圍比在試驗(yàn)室要窄很多，氧化還原電位也是如此。

④對(duì)元素親氧性和親硫性限定在試驗(yàn)室條件下，化合物組成劑量能夠任意調(diào)配。在自然條件下，情況就不一樣了：在地殼O豐度高，S豐度低環(huán)境下，Ca元素顯然是親氧；在地幔，隕石缺O(jiān)富S環(huán)境，能形成CaS(褐硫鈣石)。76/150

2.可作為微量元素集中、分散標(biāo)尺①可認(rèn)為說明地球化學(xué)省(場)特征提供標(biāo)準(zhǔn)。

例如在東秦嶺地區(qū)進(jìn)行區(qū)域地球化學(xué)研究表明：東秦嶺是一個(gè)富Mo貧Cu地球化學(xué)省，Mo元素區(qū)域豐度比地殼克拉克值高2.3倍，而Cu元素則低于地殼克拉克值，這么區(qū)域地球化學(xué)背景，有利于形成Mo成礦帶。

77/150資源：Mo地殼豐度1×10-6，東秦嶺Mo區(qū)域豐度2.3×10-6Mo地球化學(xué)省。78/150環(huán)境：克山病病區(qū)中土壤有效Se、飲水Se含量、主食中Se含量普遍低于地殼背景，造成人體Se低水平。

79/150一些元素克拉克比值是相對(duì)穩(wěn)定，當(dāng)發(fā)覺這些元素比值發(fā)生了改變，示蹤著某種地球化學(xué)過程發(fā)生。比如稀土元素比值、Th/U（3.3-3.5）、K/Rb、Zr/Hf、Nb/Ta在地殼環(huán)境下，性質(zhì)相同，難以彼此分離，有相對(duì)穩(wěn)定比值。一旦某地域、某地質(zhì)體中某元素組比值偏離了地殼正常比值，示蹤著某種過程發(fā)生。

Th/U<2則可認(rèn)為本區(qū)存在鈾礦化，Th/U>8-10則可認(rèn)為本區(qū)發(fā)生了釷礦化。

②指示特征地球化學(xué)過程80/150

實(shí)例：東秦嶺鉬礦帶各期巖漿巖中鉬元素豐度改變

前加里東期基性火山巖（變質(zhì)為斜長角閃巖）安山巖、安山玢巖

加里東期輝綠巖、輝長輝綠巖燕山期

花崗閃長巖、花崗斑巖、石英斑巖（深源）2.5ppm-5ppm早基性Mo少4-7ppm十幾－幾十ppm晚酸性Mo多

81/150③濃度克拉克值和濃集系數(shù)濃度克拉克值

=某元素在某一地質(zhì)體中平均含量/某元素克拉克值

＞1意味該元素在地質(zhì)體中集中了

＜1意味該元素在地質(zhì)體中分散了

區(qū)域濃度克拉克值=某元素在區(qū)域內(nèi)某一地質(zhì)體中平均含量/某區(qū)域元素豐度值

濃集系數(shù)

=某元素最低可采品位/某元素克拉克值,反應(yīng)了元素在地殼中傾向于集中能力。Sb和Hg濃集系數(shù)分別為25000和14000，F(xiàn)e濃集系數(shù)為6，這說明Fe成礦時(shí)只要克拉克值富集6倍即可。82/150

3.地殼豐度對(duì)地殼能源限制

地殼能源有兩個(gè)主要起源，一個(gè)是太陽能，另外一個(gè)是放射性元素衰變能。放射性衰變能是由放射性元素（K、U、Th）類型和數(shù)量所決定。比如，地球經(jīng)過45億年演化，235U已衰變95％，238U已衰變掉50%左右，而232Th僅消耗了其總量20％，周而復(fù)始，為地球提供能量。83/1504、大陸地殼組成對(duì)殼幔交換作用指示地幔橄欖巖產(chǎn)生原始巖漿是玄武質(zhì)（基性）大陸地殼增生經(jīng)過地幔熔融形成玄武質(zhì)熔體添加而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)今大陸地殼整體卻是安山質(zhì)（中性）英云閃長—奧長花崗—花崗閃長質(zhì)（TTG）侵入巖成因84/150Evidence？85/150（三）詳細(xì)區(qū)域元素豐度研究元素在太陽系、地殼中豐度是地球化學(xué)研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，不過我們普通都是在某個(gè)詳細(xì)區(qū)域內(nèi)工作，所以更關(guān)心是詳細(xì)工作區(qū)域內(nèi)元素分布規(guī)律。當(dāng)我們想研究某地質(zhì)體中元素是相對(duì)富集還是相對(duì)貧化了，拿什么做標(biāo)準(zhǔn)呢？只有與詳細(xì)區(qū)域內(nèi)元素區(qū)域豐度來進(jìn)行比較會(huì)更有實(shí)際意義，而與地殼豐度對(duì)照，只能得到普通概念。為此，區(qū)域元素分布研究是區(qū)域地球化學(xué)研究一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。86/1501.區(qū)域元素研究意義它是決定區(qū)域地殼（巖石圈）體系物源、物理化學(xué)特征主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；為研究各類地質(zhì)地球化學(xué)作用、分析區(qū)域結(jié)構(gòu)演化歷史及區(qū)域成礦規(guī)律提供主要基礎(chǔ)資料；

為研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、醫(yī)療保健等事業(yè)提供主要信息。87/1502.區(qū)域元素分布研究思緒①區(qū)域范圍確實(shí)定——靶區(qū)選擇

②研究元素空間上分布規(guī)律③研究元素在時(shí)間上分布規(guī)律④研究元素分布特征原因88/1502.區(qū)域元素分布研究思緒

①區(qū)域范圍確實(shí)定——靶區(qū)選擇

依據(jù)工作任務(wù)和區(qū)域特征來選擇工作范圍。

區(qū)域找礦：應(yīng)該盡可能與結(jié)構(gòu)單元中成礦區(qū)、帶結(jié)合起來，因?yàn)橐欢ńY(jié)構(gòu)環(huán)境中成礦帶往往與一定地球化學(xué)過程相聯(lián)絡(luò)，某個(gè)特定地球化學(xué)必定含有一些特色元素分布。比如長江中下游Cu、Fe成礦帶。

原生環(huán)境：某流域水系沉積物中元素高值區(qū)與該流域源區(qū)原巖化學(xué)組成及元素本身地球化學(xué)性質(zhì)等原因相關(guān)。

89/150沿長江流域沖積成因土壤鎘元素高值帶圖90/150②研究元素空間上分布規(guī)律

在區(qū)域內(nèi)采集不一樣時(shí)代和不一樣巖石（土壤）類型樣品，對(duì)所獲樣品進(jìn)行測試分析，然后按照各類巖石在區(qū)域內(nèi)所占百分比，求出該區(qū)域（表殼）元素豐度。為了要了解元素空間分布規(guī)律（普通是二維平面）就需要樣品在空間上有一定密度展布。如沿江鎘地球化學(xué)圖（上圖），就是每平方公里采集一個(gè)土壤樣品(在采樣點(diǎn)附近用梅花狀5點(diǎn)采樣組合成一個(gè)樣），再經(jīng)過計(jì)算機(jī)成圖展示出鎘元素空間分布趨勢（上圖）。

91/150③研究元素在時(shí)間上分布規(guī)律

我們以沿江鎘分布為例。當(dāng)代沿江沖積物鎘含量較高，那么歷史上又怎樣呢？從表中我們能夠看到，近70-80年以來長江沖積物中鎘含量比早期沉積物高2-3倍。92/150④研究元素分布特征原因一個(gè)地域元素分布現(xiàn)實(shí)狀況是整個(gè)地質(zhì)歷史過程中元素活動(dòng)展示情況，是各種地質(zhì)、地球化學(xué)作用綜合結(jié)果，而每一個(gè)主要地質(zhì)地球化學(xué)過程，元素活動(dòng)必定有其特定組合和強(qiáng)度。所以，在元素時(shí)空分布資料中，蘊(yùn)含著豐富地球化學(xué)信息。比如：沿長江（漢江）沖積成因土壤中鎘是從哪里來？為何樣會(huì)形成高值帶？93/150研究區(qū)

Al2O3

Fe2O3MgOCaO

MgO+CaO

MgO/CaO

Na2O

K2O

Na2O/K2O

Cd

長江(26)

14.3

6.36

2.523.67

6.19

0.69

1.06

2.65

0.40

0.33漢江(27)

17.9

8.52

2.210.99

3.21

2.22

0.80

2.92

0.27

0.27研究區(qū)

Zn

Pb

Zn/Pb

As

Sb

As/Sb

Mo

Cr

Ni

Cr/Ni

F

pH

長江(26)10536.3

2.911.50.8114.2

0.81

9439.82.366808.02漢江(27)12732.0

4.018.21.2614.4

1.2611153.62.078766.8例1長江、漢江沖積成因土壤化學(xué)組成特征氧化物：％，其余：mg/kg；括號(hào)內(nèi)為樣品數(shù)94/150

結(jié)論1：用CaO+MgO

對(duì)pH作圖，F(xiàn)e2O3對(duì)Cr+Ni作圖，Cr+Ni對(duì)Mo作圖，由圖可見，長江與漢江沖積成因土壤化學(xué)組成含有顯著差異。95/15096/150兩江匯水域表殼巖石化學(xué)組成特征

作為土壤母質(zhì)沉積物來自各自匯水流域，河流沉積物中化學(xué)組成差異受控于各自匯水域表殼巖石化學(xué)組成。為此，長江沿江沖積成因土壤化學(xué)組成受長江中上游流域——揚(yáng)子陸塊表殼巖系化學(xué)組成制約，而漢江沖積成因土壤化學(xué)組成則受漢江中上游流域—秦嶺造山帶表殼巖系化學(xué)組成限定。

97/150揚(yáng)子陸塊、秦嶺造山帶上地殼化學(xué)組成化學(xué)組成結(jié)構(gòu)單元Fe2O3MgO

CaOAsSbCrNiMoF揚(yáng)子陸塊1.543.827.403.290.2456330.63493秦嶺造山帶2.213.606.884.060.3182400.70526氧化物：％，其余：mg/kg98/150揚(yáng)子陸塊蓋層中一個(gè)顯著特征是碳酸鹽發(fā)育，為此風(fēng)化后沉積物CaO含量高，土壤呈堿性。而秦嶺造山帶表殼巖系中基性火山巖百分比大，這么，F(xiàn)e2O3、Cr、Ni豐度偏大，其發(fā)育土壤中性偏酸。這些特征都分別被長江、漢江沖積成因灰潮土對(duì)應(yīng)地繼承下來了。

結(jié)論2:99/150例2：華北地臺(tái)南緣與秦嶺褶皺系北緣界限（豫西段）

森林植被覆蓋、區(qū)域土壤地球化學(xué)測量；

Co,Ni,Cr,V,Ti累加異常南北迥異，為何？

北側(cè)：華北地臺(tái)，碳酸鹽巖南側(cè)：秦嶺褶皺系，基性火山巖

界限-異常急變帶-黑溝斷裂帶100/150例3.為何在秦始皇陵上有高Hg氣異常？

在西安一帶是中華民族發(fā)祥地之一，周秦漢唐等十幾個(gè)王朝建過都，秦始皇墓葬“納百川，容天地”水銀（HgS）→河流，皇親貴族死后“涂紅繪彩”。

地球化學(xué)汞氣測量來確定墓穴空間位置。101/150第二節(jié)、大洋地殼化學(xué)組成地殼為地表向下到莫霍面，厚度改變在5-80km，大陸地殼和大洋地殼之間存在顯著差異。大陸地殼（Thecontinentalcrust）上部硅鋁層，由沉積巖層和花崗巖、片麻巖等組成，富Si、K、Rb、Th、U等元素下部硅鎂層，相當(dāng)于玄武巖、輝長巖或麻粒巖相巖石。大洋地殼（Theoceaniccrust）上部2km為未固結(jié)海相沉積物下部為硅鎂層（玄武質(zhì)巖層）第二節(jié)、大洋地殼化學(xué)組成102/150蛇綠巖套大洋深海鉆探（ODP）地球物理勘探獲取地震波等參數(shù)一、研究大洋地殼路徑103/150一、研究大洋地殼路徑枕狀玄武巖熾熱巖漿接觸到水后快速冷卻而形成席狀巖墻由一群玄武巖巖墻組成輝長巖帶狀或?qū)訝?，由位于地殼下部巖漿結(jié)晶而成橄欖巖來自下地幔并經(jīng)常蛇紋石化蛇綠巖套(ophiolitesuit)，就是一組由蛇紋石化超鎂鐵巖、基性侵入雜巖和基性熔巖以及海相沉積物組成巖套。104/150沿著我國雅魯藏布江分布著一個(gè)黑綠、暗綠和紫色一套巖石，它們即為蛇綠巖套。蛇綠巖套同海洋底部巖石非常相同。所以地質(zhì)學(xué)家們把它看作是古海洋地殼殘骸。在五千萬年以前漫長地質(zhì)時(shí)期里，喜馬拉雅地域是分隔歐亞大陸與印度大陸一片汪洋大海，這海叫特提斯海（屬于古地中海一部份）。雅魯藏布江蛇綠巖套就是古特提斯海洋地殼殘余碎塊，印度板塊向北漂移、俯沖時(shí)被擠出地表。105/150一、研究大洋地殼路徑1957年，美國科學(xué)家W.H.蒙克和H.H.赫斯倡議用深海鉆孔穿過莫霍面，這就是“莫霍計(jì)劃”(MOHOLE)。1964年，由美國斯克里普斯海洋研究所等五個(gè)單位聯(lián)合發(fā)起組成“地球深層取樣聯(lián)合海洋機(jī)構(gòu)”(JOIDES)，并提出了深海鉆探計(jì)劃，1965年在美國東海岸布萊克海臺(tái)試鉆成功。1968年8月，“格洛瑪·挑戰(zhàn)者”號(hào)首航墨西哥,深海鉆探計(jì)劃正式開始。蘇聯(lián)、聯(lián)邦德國、法、英、日等國相繼加入JOIDES，深海鉆探計(jì)劃進(jìn)入國際合作新時(shí)代，即大洋鉆探國際協(xié)作階段（IPOD），又稱“國際大洋鉆探計(jì)劃”。106/150107/150科拉超深鉆孔是蘇聯(lián)于1970年在科拉半島鄰近挪威國界地域所進(jìn)行一項(xiàng)科學(xué)鉆探，其中最深一個(gè)鉆孔達(dá)12262米；德國大陸深鉆計(jì)劃項(xiàng)目于1987年9月18日至1989年4月4日完成先導(dǎo)孔（4000米）施工；1990年10月6日至1994年10月12日完成主孔（9101米）施工。中國大陸科學(xué)鉆探工程1997年6月獲國家科技領(lǐng)導(dǎo)小組同意，1999年9月27日獲國家計(jì)委同意，選址江蘇省東?？h。12月17日經(jīng)過國家發(fā)展改革委員會(huì)和國土資源部組織國家驗(yàn)收。項(xiàng)目由國土資源部負(fù)責(zé)組織，詳細(xì)實(shí)施任務(wù)由中國地質(zhì)調(diào)查局所屬中國大陸科學(xué)鉆探工程中心負(fù)擔(dān)。項(xiàng)目總投資1.76億元，其中國家安排投資1.3億元。108/150二、大洋玄武巖類型洋中脊玄武巖MORB洋島玄武巖OIB正常型N-MORB富集型E-MORB富集地幔Ⅰ型EM-1富集地幔Ⅱ型EM-2HIMU正常型N-MORB富集型E-MORB虧損地幔富集地幔109/150三、大洋地殼化學(xué)組成大洋玄武巖Pb虧損（負(fù)異常），和Nb富集（正異常）110/150第三節(jié)、地幔化學(xué)組成地幔為莫霍面以下到~2900km。上地幔：-~410km，主要由致密、剛性Fe-Mg硅酸鹽巖組成，即斜長石相-石榴石相橄欖巖。過渡帶：介于上下地幔之間，是一個(gè)溫度相當(dāng)于巖石熔點(diǎn)可流動(dòng)塑性層，又稱軟流層。軟流層內(nèi)隨深度改變巖石發(fā)生近等化學(xué)同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變，橄欖石和輝石發(fā)生相變：鎂橄欖石(Mg2SiO4，斜方)轉(zhuǎn)變?yōu)殒V尖晶石（Mg2SiO4，等軸)，其密度對(duì)應(yīng)增加10%。下地幔：-~2900km，物質(zhì)組成較為均一，礦物成份改變也不大，密度更大。主要由：橄欖石系列（Mg，F(xiàn)e）SiO4（55%）鈦鐵礦型固溶體（Mg-Fe）SiO3-（Al，Cr，F(xiàn)e）AlO3（36%）鈣鈦礦CaSiO3（6.5%）111/150一、研究地幔組成路徑火成巖中地幔橄欖巖包體板塊折返過程中暴露到地表橄欖巖地體深海橄欖巖地幔來火山巖和侵入巖人工高溫高壓試驗(yàn)地球物理勘探獲取地震波、密度等參數(shù)宇宙地球化學(xué)方法112/150一、研究地幔組成路徑火成巖中地幔橄欖巖包體板塊折返過程中暴露到地表橄欖巖地體深海橄欖巖地幔來火山巖和侵入巖人工高溫高壓試驗(yàn)地球物理勘探獲取地震波、密度等參數(shù)宇宙地球化學(xué)方法113/150地幔巖石類型1、橄欖巖橄欖石+兩種輝石（單斜、斜方）+富鋁相（二輝橄欖巖、斜方輝橄巖、純橄欖巖）2、榴輝巖鐵鎂（玄武）質(zhì)，富Na單斜輝石和石榴石3、輝石巖鐵鎂質(zhì)-超鐵鎂質(zhì)，輝石、富鋁相（斜長石、尖晶石、石榴石）4、地幔巖（類似二輝橄欖巖）類似原始地幔，輝石+橄欖石含有上地幔已測出地震波速和彈性114/150地幔礦物組合橄欖石-Olivine(Ol)斜方輝石-Orthopyroxene(Opx)單斜輝石-Clinopyroxene(Cpx)斜長石-Plagioclase(Pl)尖晶石-Spinel(Sp)石榴石-Garnet(Grt)115/150地幔主要巖石化學(xué)組成